Стержень для термитной сварки

Стержень для термитной сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: термитная сварка и наплавка металлов в быту, при ремонте техники в полевых условиях, при ведении аварийно-спасательных работ, Стержень состоит из термитных элементов с выступами и выемками на их торцах. Элементы сопряжены между собой по выступу и выемке, выполненными в виде усеченного конуса. Угол между образующей конуса и его осью составляет от 3 до 5, отношение высоты конуса к диаметру основания лежит в пределах от 0,8 до 1,2, отношение диаметра основания конуса к диаметру стержня - в пределах от 0,7 до 0,8. 1 табл. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 23 К 23/00, 35/40

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4918472/08 (22) 28.01.91 (46) 15,02.93. Бюл. ¹ 6 (71) Научно-исследовательский институт прикладной химии (72) В.В. Жуков, Н.А. Силин, В.Н, Емельянов, В.А. Хутыз, Д,Р. Васендин, Н,M. Вареных, В.А. Мелехин и П.П, Малышев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 53891, кл. В 23 К 23/00, 1937, Авторское свидетельство СССР

1625636, кл. В 23 К 35/40, 35/02, 27.03.89.

Патент Швейцарии ¹ 383126, кл. В 23 К 23/00, 31.12,64.

Изобретение относится к сварке металлов плавлением, а именно к термитной сварке. и может быть использовано для сварки, наплавки металлов в быту, при ремонте техники в полевых условиях, пир ведении аварийно-спасательных работ, . В различных аварийных и бытовых ситуациях необходимы простые в обращении портативные и надежные средства для ремонта машин и оборудования. Наибольшие трудности при ремонте возникают, когда требуется сварка или наплавка металла. Используемое в настоящее время сварочное оборудование не является компактным, его транспортировка требует специальной техники, нужны мощные источники электрической энергии, требует специального обучения.

Известен способ и устройство для термитной сварки, заключающийся в использовании стержней, изготовленных из термитной смеси, сформованной вокруг,, Я2„„1794615 А1 (54) СТЕРЖЕНЬ ДЛЯ ТЕРМИТНОЙ СВАРКИ (57) Использование; термитная сварка и наплавка металлов в быту, при ремонте техники в полевых условиях, при ведении аварийно-спасательных работ. Стержень состоит из термитных элементов с выступами и выемками на их торцах. Элементы сопряжены между собой по выступу и выемке, выполненными в виде усеченного конуса, Угол между образующей конуса и его осью составляет от 3 до 5, отношение высоты конуса к диаметру основания лежит в пределах от 0,8 до 1,2, отношение диаметра основания конуса к диаметру стержня — в пределах от 0,7 до 0.8. 1 табл. 2 ил. проволоки наплавляемого металла. В. качестве связующего для стержней и рименяются жидкое стекло или смолообразные продукты.

Недостатком известного устройства является низкое качество образующегося соединения, Указанный недостаток обусловлен тем, что при выгорании органического связующего происходит интенсивное газовыделение, приводящее к диспергированию горящего термита, повышенным потерям тепла, загрязнению металла шва продуктами сгорания.

Известен сварочный плавящийся электрод, состоящий из отдельных элементов с конусообразными боковыми поверхностя ми, Элементы запрессованы последовательно один в другой.

Наиболее близким к предлагаемому является стержень содержащий сварочные

1794615 стержни, при воспламенении которых создается температура, необходимая для сварки. и материал для образования сварочного шва, Сварочные стержни изготовляются из стехиометрической смеси порошков алюминия и окиси железа, в качестве добавок могут содержать ферросилиций, ферромарганец, титан, вольфрам, которые при температуре

650 — 700 С спекаются в стержни. ТСС воспламеняется следующим образом: воспламенительная головка привинчивается к термитному стержню, передняя часть головки покрыта воспламенительным составом, на который нанесен состав чувствительный 15 к трению или небольшому пламени, Недостатками указанного устройства являются: — низкое качество сварного соединения — высокая опасность эксплуатации уст- 20 ройства.

Укаэанные недостатки обусловлены тем, что в начальный момент сварки выделяется ограниченное количество тепла, определяемое диаметром стержня и идущее на 25 нагрев свариваемого материала, поэтому при контакте продуктов сгорания ТСС с холодной поверхностью, происходит их быстрая кристаллизация, препятствующая образованию качественного соединения. 30

Кроме того металл шва загрязняется соединениями серы, фосфора, свинца, бария,содержащимися в воспламенительной головке, что приводит к снижению качества

- сварного соединения. Состав, служащий для изготовления ТСС,имеет низкую (19 кл.) чувствительность при воздействии ударом, и высокую (7 кл.) чувствительность к трению определенные в соответствии с ГОСТ М

13803-80, При сборке стержня на резьбе состав подвергается действию значительных сил трения, что может привести к его воспламенению, В состав воспламенительной головки входят составы с очень высокой (5 и 3 класс), чувствительностью к удару и 45 трению, что значительно повышает опасность эксплуатации ТСС.

Целью данного изобретения является обеспечение безопасной эксплуатации и качества сварного соединения при гибком ре- 50 гулировании в широких пределах длины стержня, Указанная цель достигается тем, что в известном пиротехническом сварочном стержне для термитной сварки металлов, состоящем из набора сварочных элементов

s нHе м, сварочные элементы выполнены в виде стержней ступенчатой формы, сопряженных между собой по выступу и выемке, выполненным в виде усеченного конуса, при этом угол конусности в пределах от 3 до 5, отношение высоты конуса к диаметру основания в пределах от 0.8 до 1,2 и отношение диаметра основания конуса к диаметру стержня в пределах от 0,7 до 0,8, При воспламенении ТСС происходит реакция восстановления окисла железа алюминием. Реакция протекает со значительным выделением тепла, Продукты сгорания (окись алюминия и железо) нагреваются до температуры около 3100 С.

При взаимодействии нагретых до высокой температуры продуктов сгорания со свариваемым материалом происходит его подплавление и о б разуется сварное соединение. Одновременно продукты сгорания растекаясь прогревают свариваемый материал, подготавливая его к сварке, Следовательно, наиболее неблагоприятные условия будут в момент, когда продукты сгорания контактируют с холодной поверхностью. Обеспечение качества сварного соединения происходит благодаря увеличению теплового потока к свариваемому материалу в начале сварки.

Тепловой поток определяется как

Q = Lm

F в=р S U где р — плотность состава

S — площадь горящей поверхности

0 — линейная скорость горения

q — теплота сгорания состава

m — массовая скорость горения состава

F — площадь контакта с материалом

Выполнение начальной поверхности горения в форме усеченного конуса привело к увеличению площади в 1,5-2 раза и, как следствие, увеличению массового расхода и теплового потока, Затем происходит выравнивание фронта горения и снижение m. Условия образования качественного соединения обеспечиваются за счет предварительного подогрева зоны сварки растекающимися продуктами сгорания ТСС.

Обеспечение качества сварного соединения произошло также потому, что воспламенение ТСС осуществляется с помощью постороннего источника тепла например термоспичек), что исключает возможность загрязнения металла шва соединениями серы, фосфора, свинца, бария и др. Отрицательное влияние последних на качество металла известно. В предлагаемом устройстве ступенчатая форма стержней служит не только для обеспечения качества соединения в начальный момент, но и для соединения элементов между собой. Для

1794615

30

40 обеспечения надежного соединения элементов между собой угол между образующей конуса и основанием должен находиться в пределах от 3 до 5О, поскольку при углах меньших 3 и больше 5 градусов перестает проявляться эффект самоторможения,обеспечивающий надежное соединение стержней между собой.

Увеличение отношения Н/О и О/d (Н-высота конуса,0 - диаметр основания конуса,d -диаметр стержня), выше указанных приводит к появлению трещин на стенках стержней и к потере прочности сборки стержней. Уменьшение отношения H/О и 0/d приводит к потере мехайической прочности, одновременно снижается поверхность горения, следовательно и тепловой поток в зону сварки, что приводит к снижению качества получаемого сварного соединения.

Кроме того, более тонкое, по сравнению со стержнем, сечение позволяет быстрее нагреть термитный состав до температуры воспламенения, обеспечивая легкое и надежное воспламенение ТСС.

Обеспечение безопасности при эксплуатации ТСС произошло потому, что: в описываемом устройстве при сборке стержней, отсутствует восплэменительная головка. Класс и степень опасности для ручных работ воспламенительной головки, определенные в соответствии с требованиями

ГОСТ 13803-80 и ГОСТ 13802-79, составляют: к трению — 3 класс, очень высокая; к удару — 5 класс, очень высокая; термитный состав, используемый для изготовления стержней, имеет высокую чувствительность к трению — 7 класс. Соединение стержней. между собой на резьбе предполагает значительное трение состава о состав. B предлагаемом устройстве опасность снижена благодаря выполнению стержней ступенчатой формы и сопряжению по выступу и выемке, что резко снижает. путь трения по сравнению с резьбовым соединением.

Сущность изобретения поясняется фиг.

1, где приведен общий вид стержней и фиг.

2 "" вид отдельного элемента.

ТСС выполнен из отдельных элементов

1, представляющих собой пиротехническую смесь. спресованную в форме ступенчатого стержня без оболочки, Стержни вставлены друг в друга с незначительным усилием.

Выбор угла между образующей конуса и осью симметрии конуса производился в соответствии с целью изобретения. Выбор угла в пределах от 3 до 5 градусов с точки зрения обеспечения безопасности обусловлен тем, что выбранный диапазон обеспечивает надежное сцепление элементов между собой при минимальном пути трения.

Выступ или выемка одного из торцов стержня служат для увеличения массового расхода состава в начальный момент времени и обеспечивают надежное воспламенение стержня. Выполнены в виде усеченного конуса, причем отношение высоты конуса к диаметру основания Н/Р составляет 1, а отношение диаметра основания к диаметру стержня О/б = 0,75.

При воспламенении ТСС в начальный момент за счет формы торца обеспечивается повышенный расход продуктов сгорания, при взаимодействии которых с свариваемым материалом происходит образование сварного соединения.

Предлагаемое устройство отработано в опытно-конструкторских работах, проверено на работоспособность в лабораторностендовых условиях, Для испытаний были изготовлены ТСС. в которых в качестве состава использовался состав по патенту Швейцарии % 383126, кл.

49h, 35/01, от 18,08.60.

Пиротехнические элементы Я 15 мм были изготовлены методом глухого прессования при удельном давлении 300 Mila, Для сварки использовались 2 мм пластины из стали марки Ст.3 размерами

100х160х2. Сварку проводили встык без разделки и подготовки кромок. Для оценки качества сварки из сваренных пластин вырезали образцы размерами 25х160 мм, которые испытывали на растяжение на разрывной машине Lg,-10, Полученные результаты в сравнении с прототипом приведены в таблице.

Для ограничения зоны сварки и создания сварочной ванны использовали тугоплавкие нетеплопроводные стенки из шамотного кирпича.

Образцы для испытаний брались из начального участка сварного соединения.

При проведенииэкспериментальной отработки пиротехнического сварочного стержня,при использовании сварочных элементов с углом меньше трех и больше пяти градусов наблюдались случаи выпадения сварочных элементов при ведении сва рки,что приводит к значительному повышению опасности ведения сварки изза неконтролируемого положения горящих элементов: снижению качества получаемого сварного соедийения из-за прерывистости шва и невозможности регулировать скорость сварки.

1794615 пределах, сварочные элементы выполнены в видестержней с выступом на одном торце и впадиной на другом, причем поверхности выступа и впадины выполнены в виде усеченных конусов с углом между образующей конуса и его осью 3-5, отношением высоты к диаметру основания в пределах 0,8-1,2 и отношением диаметра основания конуса к диаметру стержня в пределах 0.7-0,8.

О/б

Характер разрушения сварного соединения

Н/D

В и/и

Разрушение по сварке

Ilo границе материала со швом

По материалу

По материалу

По границе материала со швом .

Г1о сварке

2100

0,5

9,0

0,5

7 кл. высокая

7 кл. высокая

2870

15,0

0,8

0,7

16,4

18,0

1900

0,75

0,8

0,9

4

1

1,2

1,6 и

1980

3 кл. очень высокая

5* - имеет место прожог свариваемых пластин.

6** - протитип, орец гладкий.

Формула изобретения

Стержень для термитной свэркй, состоящий из сопряженных между собой термитных элементов, отличающийся тем, что. с целью повышения безопасности при эксплуатации качества сварного соединения при обеспечении возможности регулирования длины стержня в широких

ЦД-10

Растяжение сварного соединен., : кгс

УМ-5

Испытан.изгиб, моментом стержн., см

Степень и класс опас, ручн.работ при воздей.трением ГОСТ

13803-80

1794615

М8. 2

Составитель В.Жуков

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор Т.Иванова

Заказ 390 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раувская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101